平衡水分理论和通风窗口指导稻谷降温通风

ＲH / % 59． 5 66． 5 68． 5 67． 5 65 59
东北冷湿区 t1 / ℃ 5． 6 － 5． 7 － 15． 6 － 19． 4 － 15． 4 － 4． 8
ＲH / % 65
67
73
74
70 58
华北区 t1 / ℃ 12． 4 4． 3 － 2． 5 － 4． 5 － 1． 7 5． 1
ＲH / % 67． 3 63． 7 57． 3 52 53． 7 54． 3
华中华东区 t1 / ℃ 17． 9 11． 9 6
3． 5 5． 1 9． 5
ＲH / % 76． 3 76． 5 76 75． 8 78 78． 8
西南区 t1 / ℃ 15． 9 11． 5 7． 5
6
ห้องสมุดไป่ตู้
7． 9 12． 2
Lowering paddy temperature by equilibrium moisture theory and ventilation window
LI Xing － jun1 ，WU Xiao － ming2 ，YIN Shu － de3 （ 1． Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037； 2． Tianjin Minglun Electric Technique Co． ，Ltd，Tianjin 300384； 3． Chongqing Dianjiang State Grain Ｒeserve Depot，Dianjiang Chongqing 408300）
在具备通风降温条件的通风窗口区域 BCDEH （ 图 1） ，当大气状态点在 BDEH 或 EFGH 区域内左 移时，粮堆温度快速降低。虽然粮食能够发生吸附 或解吸作用，但是由于温度低于 10 ℃ ，粮堆水分增
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加或减少速率非常地小。
2 通风窗口控制模型指导风机运行
1 储粮降温通风窗口控制原理
根据吴子丹等［8 － 10］储粮通风自动判断的窗口 控制系统，将 粮 情 检 测 与 智 能 通 风 控 制 系 统 相 结 合，根据粮 食 品 种、测 定 的 粮 食 含 水 率，测 控 系 统 检 测 的 粮 堆 温 度 、大 气 温 度 及 大 气 相 对 湿 度 ，按 照 储粮机械通风技术规程（ LS / T 1202—2002） 提供的 降温通风的判断条件，当大气温度、相对湿度条件具 备通风条件时，开启风机，进行降温通风作业； 当大 气条件不具备降温通风的作业条件时，关闭风机，避 免出现低效的通风作业，提高电能的利用效率。通 风进行中通风窗口控制如图 1。根据粮食状态点 A
ＲH / % 81． 7 79． 7 78． 3 75． 3 73． 3 70． 3
华南区 t1 / ℃ 22． 9 18． 5 14． 3 12． 2 13． 1 16． 3
ＲH / % 73
71 71． 7 73 78． 3 82
注： 图中数据参考文献［13 － 15］整理。
1． 1． 4 降温通风上限温度线： 我国粮食一般储藏在 暖温带、中温带及亚热带地区。根据储粮机械通风 技术规程，降温通风的温度条件是，通风开始时，粮 堆温度（ t2 ） 与大气温度（ t1 ） 之差在暖温带、中温带 地区大于 8 ℃ ，在亚热带大于 6 ℃ ； 通风进行时，t2 － t1 在暖温带、中温带地区大于 4 ℃ ，在亚热带大于 3 ℃ 。我们在通风窗口控制图中标出降温通风上限 温度线，即允许降温机械通风作业的大气温度上限， 通风开始时暖温带、中温度地区为 t2 － 8 ℃ ，亚热带 地区为 t2 － 6 ℃ ； 通风进行中暖温带、中温度地区为 t2 － 4 ℃ ，亚热带地区为 t2 － 3 ℃ 。 1． 1． 5 湿度判定条件： 当大气绝对湿度低于粮堆平 衡绝对湿度，通风作业过程中不会增加粮食的含水 率。当大气绝对湿度高于粮堆平衡绝对湿度，通风 作业过程中则会增加粮食的含水率。 1． 2 通风窗口控制技术
图 2 大气绝对湿度曲线图
1． 1． 2 大气状态点： 当前大气的温度（ t1 ） 和绝对湿 度。相对湿度（ ＲH） 为 100% 饱和湿度曲线，指大气 饱和绝对湿度曲线。从表 1 看出，在我国七大储粮 区域，秋冬季通风时期大气 ＲH 在青藏高原储粮区 小于 40% ，在北方其他储粮区为 52． 0% ～ 68． 5% ， 在南方储粮区为 70． 3% ～ 80． 7% 。在上述这些大 气 ＲH 下，谷物平衡水分均在 8% （ 湿基） 以上。由 于蒙新干旱区和东北冷湿区仓库外冬季气温过低，
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平衡水分理论和通风窗口指导稻谷降温通风
李兴军1 ，吴晓明2 ，殷树德3
（ 1． 国家粮食局科学研究院，北京 100037； 2． 天津市明伦电子技术有限公司，天津 300384； 3． 重庆市垫江国家粮食储备库，重庆 垫江 408300）
摘 要： 将智能化粮情检测技术与通风窗口控制模型相结合，依据 CAE 方程控制稻谷仓房通风的 原理，以稻谷的吸附平衡绝对湿度曲线、饱和湿度曲线建立了降温通风窗口区域，当大气状态点位 于窗口区域，风机运转； 当大气状态点在窗口区域外，风机则关闭。应用该通风窗口控制稻谷降温 通风作业，单位能耗值远小于传统的人工控制降温通风的单位能耗值。 关键词： 稻谷； 平衡水分； 机械通风； 降温； 通风窗口区域； CAE 方程 中图分类号： TS 379 文献标识码： A 文章编号： 1007 － 7561（ 2014） 03 － 0098 － 04
试验仓是该库 8 号房式仓，仓房长 31． 4 m，宽 14． 12 m，高 5． 01 m，鱼磷板地上笼一机三道，两个 通风道接入口，共 6 条风道，每条风道之间的间距为 5． 0 m，通路比 K = 1． 5，单位通风量为 16． 4 m3 / ht。 本地产的稻谷，入仓时间为 2010 年 10 月，共 1 340 t，杂质率 0． 4% 。在 2012 年 12 月 20 日用 LSKC － 4B 型粮 食 水 分 测 量 仪 测 定 的 粮 堆 综 合 水 分 为 13． 2% 。二台 小 功 率 （ 1． 5 kw ） 轴 流 风 机 型 号 是 SFG4 － 2 型，全 压 / 静 压 320 /220 Pa，风 量 11 000 m3 / h，转速 2 800 r / min。在 12 月 23 日将二台轴流 风机安装在两个通风道中，用编织袋塞紧，同时安装 了 MLG 粮情测控与智能通风系统，采集粮温、仓湿、 外温、外湿等数据，该系统软件利用平衡水分理论和 通风窗口来控制风机的启停。通风方式为负压吸出 式通风，关好门，开启四角的四个通风窗子，外界的 冷空气由四个窗子进入，经过粮层，由小轴流风机排 出仓外。为了准确的统计用电量，在通风作业仓安 装了电表。 2． 2 通风窗口区域随粮堆温度变化
Abstract： Combined the intelligent detection technology with ventilation window control model，the ventilation window region for lowering the temperature was constructed according to the principle of controlling aeration by CAE equation，the absolute humidity adsorption equilibrium curve of paddy and saturated humidity curve． The ventilator turned on when the air status point within the window region，turned off when outside． The unit energy consumption of aeration controlled by ventilation window was much less than that by man． Key words： paddy； equilibrium moisture； mechanical aeration； lower the temperature； ventilation window region； CAE equation
表 1 我国储粮区大气月均气温和月均相对湿度
储粮区域 温湿度 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月
青藏高原区 t1 / ℃ 8． 1 2． 3 － 1． 6 － 2． 1 1． 1 4． 6
ＲH / % 50
39
34
28
25 28
蒙新干旱区 t1 / ℃ 7． 2 － 2． 8 － 10． 1 － 12． 6 － 9． 5 － 1． 2
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（ ★） 、吸附湿度线及饱和湿度线确定的降温通风窗 口区域，大气状态点（ ◆） 可在 BCDFG 窗口区域内 移动。
所 以 储 粮 冬 季 重 点 考 虑 保 温。 华 北、华 中 华 东、西 南、华南储粮区如果采用气温低于 15 ℃ 的正温度、 ＲH 大于 50% 的冷空气降温通风，大气绝对湿度均 大于 2． 5 mm Hg （ 图 2） ，大气状态点在图 1 的 BCDFG 区域内移动。 1． 1． 3 粮食状态点： 当前粮堆温度（ t2 ） 下一定含水 率粮堆的平衡绝对湿度，如图 1 中 12． 5% 含水率的 粮堆温度 25 ℃ 、吸附平衡绝对湿度 17． 0 mm Hg。 降温通风采用吸附平衡绝对湿度曲线。吸附平衡绝 对湿度曲线指以温度、平衡含水率为自变量表示的 粮食绝对湿度变化曲线。
粮食储藏调控技术主要是通过调控粮食含水率 和温度来 延 缓 品 质 劣 变、抑 制 有 害 生 物 生 长 发 育。 在密闭环境内和一定温度条件下，粮食含水率随平 衡相对湿度（ EＲH） 的变化，作成图是光滑的连续 S 形曲线，被称为水分吸着等温线。采用生物统计学 软件中的非线性回归方法对粮食水分吸着等温线数 据进行拟合分析，确定了粮食相对湿度（ ＲH） 与粮 食温度、含水率之间的函数关系［1 － 2］。在 ＲH 20% ～ 65% 范围内，储粮是安全的，既不发霉，也不发生 脂肪过氧化作用［3 － 4］。鉴于粮堆 EＲH 较难准确测 定，所以通常通过测定粮食含水率和温度，进而推知 粮堆 EＲH［2］。平衡水分等温线及 CAE 方程在实际 通风应用中，分别比较储粮与大气之间的绝对湿度、 温度及露点温度，确定粮堆能否进行各种目的的通
收稿日期： 2013 － 11 － 8 作者简介： 李兴军，1971 年出生，男，博士，副研究员．
风包括降温、降水或调质［5 － 7］。本文在稻谷平衡水 分等温线和 CAE 方程研究［6］基础上，深入介绍将数 字型储粮通风测控系统与通风窗口控制模型相结 合，降温通风过程中通风窗口区域随温度下降的变 化，以期为高效节能智能化通风提供参考。
注： ＲH = 100% 饱和湿度曲线，以下同。 图 1 通风窗口控制区域
1． 1 概念和依据 1． 1． 1 储粮有害生物生长条件： 储粮昆虫生长温度 8 ～ 41 ℃ 、ＲH 1% ～ 99% （ 最佳 30 ℃ 、ＲH 50% ～ 70% ） ，真菌 2 ～ 55 ℃ 、ＲH 70% ～ 90% （ 最佳 30 ℃ 、 ＲH 80% ） ，螨类 3 ～ 41 ℃ 、ＲH 42% ～ 99% （ 最佳 25 ℃ 、ＲH 70 ～ 90% ） ，细菌 55 ℃ 、ＲH 100% 。细菌不 能在没有可利用的游离水的情况下生长，也就是大 约与相对湿度 100% 相平衡的水分。在真菌使粮食 发热的温度升高到 55℃ ，同时出现可利用的游离水 的时候，嗜热细菌发展，使温度升到 70 ～ 75℃ ，并与 嗜热真菌一起可使霉变发展到最后阶段。如果发热 已进展到有嗜热细菌参与的时候，粮食早已无任何 食用价值［11 － 12］。
2． 1 通风作业试验条件 本试验在重庆市垫江国家粮食储备库进行。该
库地处我国第五储粮区。垫江 县 （ 北 纬 30°、东 经 107°） 地貌为盆地，平均海拔 450 m，属于亚热带湿 润季风气候，年平均气温在 18 ℃ ，6 ～ 8 月气温高达 40 ℃ 以上，冬温夏热、四季分明。在每年 10 月底 ～ 次年的元月采用机械通风降低储粮温度，以延缓次 年开春后粮温随气温升高。